As moléculas de RNA mensageiro contêm informações genéticas e, portanto, controlam a síntese de proteínas nas células vivas. Bioquímicos da Universidade de Bayreuth e da Universidade de Bonn descobriram agora uma maneira de regular esse processo que é fundamental para a expressão do gene:certas actinobactérias contêm uma proteína que se liga às moléculas de RNA sob luz azul e pode, assim, desativá-las. Em princípio, assim, é possível ligar e desligar a síntese de proteínas controlada por RNA através da luz, não apenas em bactérias, mas também em células de mamíferos e até mesmo em células humanas. As descobertas publicadas em Nature Chemical Biology são a base para um novo campo de pesquisa:a optoribogenética.

Por algum tempo agora, sinais de luz têm sido usados ​​para alterar a transcrição de informações genéticas - e, conseqüentemente, a síntese de proteínas dirigida por moléculas de RNA (ácido ribonucléico) - no nível do DNA. Essa abordagem faz parte da optogenética e agora é um método bem estabelecido de biologia molecular e celular. Contudo, o novo estudo mostra agora pela primeira vez um mecanismo pelo qual a interação entre o RNA e proteínas específicas pode ser influenciada pela luz. A expressão gênica em bactérias pode, portanto, ser controlada diretamente no nível das moléculas de RNA.

Os pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Andreas Möglich em Bayreuth e pelo Prof. Dr. Günter Mayer em Bonn demonstraram que este mecanismo pode ser transferido para células de mamíferos. "Ao longo dos próximos anos, estenderemos a regulação controlada por luz a vários processos celulares envolvendo RNA. As ferramentas resultantes, que não estiveram disponíveis até o momento, irá avançar muito na investigação dos processos celulares centrais. A pedra fundamental para optoribogenética, um novo complemento à optogenética, agora foi colocado, "diz o Prof. Dr. Andreas Möglich.

Procure por uma proteína candidata reagindo à luz

O ponto de partida do trabalho de pesquisa foi a busca por uma proteína fotorreceptora bacteriana capaz de alterar seu próprio comportamento de ligação em relação ao RNA sob a influência da luz. Os cientistas pesquisaram os bancos de dados de sequências existentes e encontraram o que estavam procurando. As bactérias da espécie Nakamurella multipartita contêm uma proteína com uma arquitetura tripartida conspícua:três seções diferentes ou "domínios" chamados "PAS, "" ANTAR "e" LOV, "são organizados um após o outro em uma seqüência incomum.

Como pode ser demonstrado em cooperação com o grupo de pesquisa do Prof. Dr. Robert Bittl da Freie Universität Berlin, o domínio do fotossensor LOV reage à luz azul e transmite os sinais para o domínio ANTAR. O domínio ANTAR então muda sua estrutura para que as moléculas de RNA sejam ligadas e, assim, tornadas inacessíveis:elas não estão mais disponíveis para a expressão gênica e a informação genética nelas contida não é mais usada para a síntese de proteínas.

Somente quando a irradiação da luz azul cessa, e o domínio ANTAR retorna à sua estrutura normal, a interação com o RNA é interrompida. Agora o RNA torna-se ativo novamente. Os pesquisadores primeiro estabeleceram e demonstraram esse processo usando aptâmeros de RNA. Estas são pequenas moléculas de RNA com uma estrutura semelhante a um grampo de cabelo que podem entrar na estrutura do domínio ANTAR, que é aberto sob luz azul, e estão vinculados lá. Mayer:"Os aptamers trabalham de maneira modular:eles podem ser conectados a outras unidades como um sistema de blocos de construção."

Os cientistas também testaram sua nova abordagem de pesquisa em células eucarióticas nas quais haviam introduzido anteriormente a proteína bacteriana e os aptâmeros de RNA. Nessas células, também, as mudanças estruturais desencadeadas pela luz azul levam à ligação das moléculas de RNA mensageiro à proteína e, neste estado, suspensão da expressão gênica. "Agora temos um interruptor de luz com o qual a atividade celular de diferentes moléculas de RNA pode ser ativada e desativada especificamente, "explica o Prof. Dr. Günter Mayer do LIMES Institute da University of Bonn.

Seu colega de Bayreuth, Prof. Dr. Andreas Möglich, acrescenta:"A abordagem para o controle regulado por luz pode, em princípio, ser transferida para vários outros processos baseados em RNA, como o processamento de micro-RNAs e o fenômeno associado de silenciamento de genes. "Em estudos subsequentes, os dois cientistas e seus grupos de pesquisa esperam investigar até que ponto o mecanismo recém-descoberto pode ser usado em organismos modelo para controlar a expressão gênica e outros processos.